专利名称：一种汽车尾气传感器用材掺镧及其制备方法
技术领域：
本发明属功能陶瓷技术领域。
背景技术：
用于汽车尾气控制的氧传感器分以下几类(如表1所示)，按操作原理分半导体型、浓差电池型和电化学泵型；按应用分化学计量A/F型、贫油A/F型。
表1 自动控制氧传感器

从表1可以看出，现已应用的尾气传感器有ZrO2和TiO2，但是二者均存在温度系数高、稳定性差的缺点。
半导体型氧传感器具有不需要气体参比电极、尺寸小、结构简单、成本低、便于集成化生产等特点，成为汽车尾气传感器主要的发展方向。作为半导体型氧传感器，TiO2具有较强的氧敏特性，但研究表明无催化剂的TiO2传感器存在操作温度高、响应时间长、灵敏度低等一系列不足，因此在TiO2中加入催化剂成为研究方向。
CeO2与其它稀土氧化物相比能显著地提高催化剂的性能。它可以提高催化剂在理论空燃比附近对CO、HC及NOx的净化率，特别是提高催化剂长期高温使用后在各种空燃比下对CO的净化率。氧化铈在净化汽车尾气中的作用包括储氧效应、提高催化载体的热稳定性、促进水煤气变换反应、提高催化剂的抗中毒能力、提高氧传感器的稳定性等。CeO2在净化汽车尾气中的多种功能，使其作为汽车催化剂用量剧增(见表2)。
表2 汽车催化剂用CeO2的数量地区 1988年限用车数(辆)2000年限用车数(辆)日本、亚洲 385万1159万北美1735万 1819万欧洲125万1611万合计2245万 4589万使用量(吨) 1200 1900

发明内容
为提高传感器的氧敏性能，发明人对微米CeO2掺杂微米La2O3进行了试验研究。结果表明一定量La3+的掺入能够显著提高CeO2材料的氧敏性能，达到50％——见表3。当La2O3掺杂量为0.5～4％(质量百分浓度)时材料氧敏性能最佳——见图1。在CeO2掺杂La2O3促使其氧敏性能显著提高，可改善材料的催化选择性，提高催化效率，改善响应速度。
表3 掺镧对微米CeO2材料氧敏性能的影响

从图1中看出，随着掺镧量的增大，材料的氧敏因子先减小后又增大。根据指数定理，氧敏因子m越小，材料电导随氧分压的变化越明显，材料的氧敏性能越好。实验结果表明当La2O3掺杂量为0.5～4％(质量百分浓度)时材料氧敏性能最好。


图1La2O3掺加量对CeO2氧敏性能影响；图2实验装置的示意图；图3La2O3掺杂CeO2样品制备流程图。
具体实施例方式a.La2O3掺杂CeO2样品制备如图3。
b.测试样品制备将制备出的各种粉末并压制成φ10mm、厚1mm的圆薄片，放入箱式炉内热处理，然后在样品表面涂敷银浆，引出电极，用自行组装的模拟汽车尾气排放的实验装置进行氧敏性能的测试。虽然测试装置不是真实的使用环境，但测试结果能够反映出真正使用传感器时性能变化的趋势。
c.测试方法自行设计组装的模拟实验系统由三部分组成配气系统、测量氧分压部分和样品电阻测试部分。实验装置的示意图如图6所示(1)配气系统本实验采用纯净的氮气和纯压缩空气混合，得到测量所需的气体环境，通过气体流量计调节两种气体流量获得不同配比氧分压的混合空气，用导管送入定氧系统和测量系统。
(2)氧分压测量系统氧分压测量是通过定氧测头获得的。定氧测头是由Y2O3稳定ZrO2管、Cu和CuO参比电极及一些密封材料组成。
(3)电阻测量系统把已经连接电极的待测样品放入硅碳棒炉内，升温至传感器实际工作温度，炉内温度由变压器调节(控温误差±2℃)，用镍铬-镍硅热电偶测量炉内温度(测温误差±2℃)，用DT-9927型万用表测量样品电阻，从而得到材料的氧敏性能。
权利要求
1.一种以CeO2为催化剂制作的汽车尾气传感器，其特征在于对微米CeO2掺杂微米La2O3。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于La2O3掺杂量为0.5～4％质量百分浓度。
3.一种对微米CeO2掺杂微米La2O3的汽车尾气传感器用材的制备方法，其特征在于将微米CeO2与微米La2O3粉末经磁力搅拌0.5～2小时混合后，通过压力为50～100MPa压制成直径5～30mm的薄片后，再经1000～1500℃、1～5小时烧结。
全文摘要
一种汽车尾气传感器用材掺镧及其制备方法，属于功能陶瓷技术领域。目前汽车尾气传感器用材料多以CeO
文档编号G01N27/409GK1616955SQ200410088758
公开日2005年5月18日 申请日期2003年1月3日 优先权日2003年1月3日
发明者张梅, 杜雪岩, 王习东, 包宏, 刘振祥, 李文超 申请人:北京科技大学